泥龄对生物除磷效率影响的分析

第14卷第1期苏州城建环保学院学报J.SUZHOUINSTITUTEOFURBANCONSTRUCTIONANDENVIRONMENTALPROTEC皿ONVol.14No.l201年3月Mar.201泥龄对生物除磷效率影响的分析李勇,黄勇,潘杨(苏州城建环保学院环保系,江苏苏州215011)摘要:文章采用Uwrence一McCarty模式,分析了泥龄对生物除磷效率的影响。分析结果表明当泥龄由20天缩短为5天时,系统的剩余污泥排放量增加近一倍,同化脱磷效率可由15.7%增加至30.7%;短泥龄系统对TBOD门T值的敏感性强于长泥龄系统;若期望从废水中去除的磷量不变,则要求剩余污泥含磷量,即污泥的聚磷能力随泥龄的增加而增加。笔者认为,深人研究短泥龄系统的运行,对提高生物除磷的效率具有重要意义。关键词:泥龄;生物除磷率;效率中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:1004一8022(2o1)01-0016e06废水生物除磷系统中,一般认为磷的去除有两条途径:微生物合成作用及除磷菌(包括聚磷菌PA0s和反硝化除磷菌DPB)的过剩摄磷作用。除磷菌的过量摄磷是磷去除的主要途径,通常要求除磷菌顺序经历厌氧与好氧条件。在厌氧条件下,除磷菌(l)释放细胞内以Poly一P形式贮存的磷酸盐;(2)消耗合成的糖原(Glycogen)产生能量,供其摄取环境中有机碳源(挥发性脂肪酸VFA或短链脂肪酸SCFA),并使之在细胞内以PHA(聚一p一经基一链烷脂酸)形式贮存,为好氧条件下的吸磷作能量储备。当除磷菌被转移至好氧或缺氧环境中时,PAOs和DPB可分别以氧和硝酸盐作为电子受体,氧化细胞内贮存的PHA而产生能量,供其从环境中过量吸磷;除磷菌也可吸收环境中的有机物以合成糖原。通过排除好氧条件下过剩摄磷的微生物,实现废水中磷的净去除。在整个过程中,较多的因素(pH、DO、进水TBOD/Tp、N03-一N、泥龄、同化作用及细胞内贮存物)影响着除磷效率,而泥龄是其中至关重要的影响因素。若系统的泥龄过长,则会使污泥活性降低,污泥的含磷量下降,去除单位重量的磷需消耗的BOD增加。此外,由于泥龄长,污泥趋于老化,可通过自身氧化而使体内的磷释放于水中;同时剩余污泥量减少也导致了除磷量降低。较长的泥龄还会导致系统内糖原累积非聚磷微生物(GAOs,Glycogenaeeumulatingnon一voly一Po嗯anisms)的增长而使系统的除磷效率大幅度降低l,]。D.Brdjanovie等人的研究表明,降低系统的泥龄可以提高除磷效果[2]。Wentsel等人与Kuba等人的研究得出了相同的结论卜4]。有文献报道在长泥龄下运行的系统通过上述机理实现了生物除磷,本文的分析将证明这是相当困难的事。此外,许多研究忽略了生物合成作用对除磷效率的贡献,本文也将证明这种假设是有条件的。本文将通过选用合适的数学模型分析泥龄对生物除磷效率的影响。[收稿日期]2以x)一11一6[作者简介』李勇(1969一),男,四川叙永人,讲师。第1期李勇等:泥龄对生物除磷效率影响的分析1研究方法目前有多种描述活性污泥系统内微生物行为的数学模型,如Eckenfelder一级反应动力学模式、U~nce一MoCarty模式、麦金尼模式,以及近十年发展起来的活性污泥模型ASM吻l和ASM吻2。其中引人泥龄概念的是肠wrence一McCarty模式,但其并未包含脱氮除磷的微生物动力学。上述模式中涉及到脱氮除磷动力学的是ASM吻2。本文采用Lawrence一McCarty模式来进行分析,主要基于下述几方面的考虑:首先,从微生物生长的基本原理上看,在考虑微生物生长时,Lawrence一McCarty模式认为是单底物限制(有机物),而ASM吻2认为是多底物限制(包括有机物、N、P、02、ALK等),并将活性微生物分为三种(异养菌、硝化菌和聚磷菌),且采用了不同的方程式来描述其增长;ASM吻2考虑了异养菌的缺氧生长,而u~nce一McCarty模式仅考虑了好氧生长。但是,由于两者都采用了Herbert理论(即认为微生物将原水中的底物作为生长的能源和碳源,而生命活动的维持能来自于内源呼吸),使两种模式中泥龄的表达式具有相同的结构,如式(l)所示,只是式中的常数值不同,底物降解速率的表达式不同。而且,由于本文探讨的是泥龄对除磷效率的影响,因而可假设系统不存在缺氧段,故可不考虑异养菌的缺氧生长。1__韶/dt。二-=“入一二丁一一P处人(l)式中:e广泥龄(d);a一常数;p一常数(d一l);us/dtX比底物利用速率[其中ds/dt一底物降解速率(mg/L.d);X一污泥浓度(m岁L)}其次,ASM吻2非常复杂,主要用于描述过程的动态行为,需采用专门的软件包求解;肠枕nce一McCarty模式相对简单,便于描述系统的稳态行